水電站機組振動的原因及解決措施研究

楊郁堅

【摘要】隨著社會的進步，居民的用電量日益升高，同時也對用電質量提出了更高的要求，這就刺激了電力行業(yè)的飛速發(fā)展，但同時也暴露了較多的問題，其中最為常見的就是水電站機組振動問題。這一問題不僅影響著設備正常使用，甚至還會對使用人員的生命安全造成嚴重威脅。本文的研究內容即為水電站機組振動的原因及解決措施。

【關鍵詞】水電站;機組振動;原因;解決措施

水輪發(fā)電機在工作中如果發(fā)生振動，不僅會導致某些部件發(fā)生彈性形變或塑料形變出現裂紋、斷裂，還會導致部件之間的連接松動，導致部件的使用壽命更短。嚴重時甚至還會對整個水電站機組的安全運行造成嚴重威脅。但這一問題在實際使用期間難以避免，所以需要采取有效的措施進行改善。

分析水輪機組的結構可以發(fā)現，組成部分主要是旋轉和固定兩部分，水輪發(fā)電機在運行期間，其中某部分發(fā)生異常，就會導致出現機組振動。比較常見的振動是旋轉部分的振動。對振動問題采取有效措施進行控制后，可以使機組的運行具備更高的穩(wěn)定性和可靠性[1]。

1、水利因素造成水電站機組振動的原因

1.1水力不平衡

水流同時具有動能和勢能，在蝸殼的作用下形成環(huán)流，經均勻分布固定導葉、活動導葉片到轉輪上，將其激活進行旋轉。當導水葉葉片和流量通道受各種因素的影響出現較大的形狀差異時，水流作用到轉輪后，因為成對稱失衡，出現不平衡橫向力，轉輪從而發(fā)生振動，當運行處于無負載和低負荷狀態(tài)時，振動尤為強烈。

1.2尾管的低頻率水壓脈沖

在非設計工況條件下，水輪機運行時在出口處轉輪受到脫流漩渦和旋轉水流等因素的影響，尾水管內引發(fā)水壓脈動并出現大型渦帶，并以固定頻率在管內轉動，引起低頻壓力脈動。水流流經管道后，壓力脈動會導致轉子，蝸殼，壓力管等發(fā)生劇烈的振動[2]。

1.3空腔汽蝕

水流通過水輪機時，受到流速，流向的影響，流道發(fā)生改變，增加流速后水流中出現氣泡，氣泡一旦進入高壓區(qū)并潰滅，出現的情況即為空腔汽蝕。這一情況會對機組的推力軸承和頂蓋造成劇烈的垂直振動。比橫向振動的危害更高。

1.4卡門渦列

恒流通過物體后，出口兩側邊緣出現規(guī)則排列，方向相反的旋渦，相互之間吸引、干擾，形成非線性渦列，即為卡門渦列。當其沖擊頻率接近旋轉物體葉片固有頻率時，出現共振后導致機組振動[3]。

2、機械因素造成水電站機組振動的原因

2.1轉子質量不平衡

轉子質量不平衡時，會在中心產生軸心偏心距，當軸以角速度進行旋轉后，因為出現離心慣性力，失衡后軸上弓狀回旋，從而產生振動。當轉速發(fā)生變化后，振幅也隨之變化。

2.2機組軸線不正

在機組轉動過程中，旋轉中心、機組中心和軸線重合為最佳狀態(tài)。軸線不正時，在軸承中心軸向力會產生偏心力矩，隨著轉子的轉動，偏心力矩也發(fā)生旋轉，當轉速和脈動頻率一致后，出現軸向振動。

2.3軸承的缺陷

導軸承瓦發(fā)生松動后，旋轉體中心發(fā)生位移，間隙過大或潤滑不暢等因素會導致出現干摩擦，機組出現水平振動。

3、振動問題的處理措施分析

3.1水力因素處理對策

（1）針對汽蝕和渦流因素，可以通過補氣措施進行改善，或者在尾水管入口處安裝導流瓦和導流翼板。（2）針對渦流因素，可以對固有葉片的頻率或渦列的頻率進行改變，通過對出水邊葉片進行改型或削薄，使其構成交變旋渦，避免共振。（3）針對導軸承瓦間隙不當因素，可以定期對其進行調整，人工恢復均勻分布。

3.2加強軸承的維護

（1）對水輪發(fā)電機機組軸線是否對正進行定期的檢查，調整主軸中心線到機組中心線上，進行檢查時，如軸線和機組中心線出現較大的偏差，就會影響機組的安全穩(wěn)定運行，所以技術人員需要做好維修檢查工作。（2）維修人員在對推力瓦受力進行調整時，需要保證轉輪處于轉輪室中心位置，推力瓦受力均勻，使發(fā)電機組具備更高的穩(wěn)定性。（3）維修人員在對軸承間隙進行調整時，重點關注電機軸，集電環(huán)等，確認無異常，同時需要注意按時檢測軸承，一旦發(fā)現異常情況，需要及時進行有效的處理，以免上述因素導致機組出現振動，發(fā)電機組正常運行受阻[4]。

3.3注意對過流部件的維修

以沖擊式機組為例，當發(fā)電機機組在工作期間，通過壓力管噴嘴，水流射流使轉輪旋轉，此時需要維護人員重點檢查噴針開度和出水流量等情況，以免因為射水線偏移轉輪導致軸對稱失衡變?yōu)闄M向力，轉輪被引發(fā)振動。維護人員還需要重點檢查噴針，噴嘴等，以免因為射水線偏移引發(fā)巨大的軸向串動。此外，還需要控制通過水輪機的水流的間隙射流，維修人員做好檢查工作，及時發(fā)現問題并進行有效處理，以免后續(xù)造成嚴重損害。此外，維修人員還需加強自身綜合知識水平和技術水平，使自己成為一個高素質的專業(yè)維修人員，可以正確發(fā)現并能處理各種問題，以免因為設備問題造成水電站經濟損失[5]。

4、電磁因素導致的振動及解決對策

4.1轉子繞組短路

當磁極短路后，磁動勢降低，引發(fā)轉子橫向不平衡磁拉力，轉子發(fā)生劇烈振動，振幅的大小受到勵磁電流的影響，兩者成正比。移走勵磁電流后，振動也隨之消失。

4.2空氣間隔不均勻

發(fā)電機組在轉子擺度不均與或圓度不滿足設計或規(guī)范要求時，空氣間隙不均勻，出現單邊不平衡磁拉力，當轉子轉動后，空氣間隙隨之發(fā)生變化，不平衡的單邊磁拉力做圓周周期性運動，從而導致振動的發(fā)生。

4.3處理對策

針對上述因素導致的振動，相關組件制造廠需要根據國家規(guī)定生產組件，使用單位也需要對每一組件進行定期檢查維修，密切監(jiān)測，保證早期發(fā)現問題并進行有效處理。

小結：

綜上所述，為了有效降低水電站機組振動情況，需要工作人員加強對各部件的監(jiān)護及檢修工作，及時發(fā)現振動發(fā)生的原因并采取針對性的措施進行解決，以保證機組能夠安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]侯俊龍，艾斐，楊明揚.某水電站發(fā)電機定轉子擋風板結構優(yōu)化研究及應用[J].水電站機電技術，2020，43（4）：47-49.

[2]江旭，朱劭辰，李紅.芭蕉河水電站4號機組上機架振動大處理[J].水電與新能源，2019，33（4）：61-65.

[3]畢潤松.亭子口電站機組運行中振動的分析[J].水電站機電技術，2016，39（11）：46-47，76.

[4]李東.龔嘴水電站3號機組改造后穩(wěn)定性綜合分析[J].水電與新能源，2018，32（9）：48-52.

[5]張超，齊廣平.白水江橫丹水電站燈泡貫流式水輪機組運行振動成因分析與消減[J].農業(yè)科技與信息，2015，（24）：118-119.